ニュース - 産業におけるレーザーの主な用途

1960年代の登場以来、レーザー技術は、その高いエネルギー密度、優れた指向性、制御性により、産業製造分野における重要なツールへと急速に発展してきました。従来の機械加工方法と比較して、レーザー加工は非接触、高精度、高自動化といった大きな利点を持ち、材料切断、溶接、マーキング、穴あけ、積層造形などの産業製造分野で幅広く利用されています。レーザーの種類と加工特性に基づき、産業用レーザー加工は主にレーザー切断、レーザー溶接、レーザー積層造形の3つのカテゴリーに分類されます。それぞれの加工方法には、独自の作用機序と適用範囲があります。

レーザー切断

レーザー切断は、最も成熟した産業用レーザー技術の一つです。高出力レーザービームを用いて材料を溶融・蒸発させ、補助ガスを併用してスラグを吹き飛ばすことで、効率的かつ高精度な切断を実現します。現在主流となっているのはCO₂レーザーとファイバーレーザーで、炭素鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金などの中・薄板材料の切断に適しています。この技術の利点は、狭い切断幅、小さな熱影響部、金型不要、そして加工経路の迅速な変更が可能である点にあります。自動車製造、板金加工、航空宇宙産業など、高度な要求が求められる産業に特に適しています。

自動車製造においては、ボディパネルからエンジンまで、さまざまな部品の製造にレーザー切断が用いられています。例えば、ファイバーレーザーは高強度鋼部品の高精度切断に使用され、自動車の軽量化を実現しています。

（２）航空宇宙産業もレーザー切断技術の恩恵を受けており、特にチタンや複合材料などの先端材料で作られた複雑な部品の製造においてその恩恵が大きい。例えば、超高速レーザーを使用することで、複雑な形状のチタン合金部品を切断することができ、熱による損傷を最小限に抑え、部品の構造的完全性を確保できるため、航空宇宙部品の性能と安全性を大幅に向上させることができる。

レーザー溶接

レーザー溶接は、レーザービームを用いて金属材料を急速に溶融させることで接合を実現する技術であり、深溶け込み、高速性、低入熱といった特長を持つ。一般的な溶接方式としては、連続レーザー溶接とパルスレーザー溶接があり、これらは薄板精密溶接や深溶け込み溶接に適している。アーク溶接と比較して、レーザー溶接部は強度が高く変形が少ないため、バッテリーパッケージ、ステンレス鋼部品溶接、原子力発電所構造部品製造などの分野で応用されている。特にバッテリー製造においては、レーザー溶接が主流の接合方法となっている。

（１）自動車産業では、レーザー溶接は車体パネル、エンジン部品、その他の重要部品の接合に用いられています。例えば、ファイバーレーザーは高強度鋼部品の高精度溶接に用いられ、強固で耐久性のある接合部を形成します。

（２）電子産業では、レーザー溶接は小型で精密な部品の高精度な接合に用いられています。例えば、リチウムイオン電池の電池セルを溶接する際には、電気接続の信頼性を確保するためにダイオードレーザーが使用されています。

（３）航空宇宙産業では、ボーイング787ドリームライナーはレーザー溶接技術を用いてチタン合金と複合材料を接合し、リベットの数を大幅に削減し、機体重量を軽減し、燃費を向上させている。

レーザー技術先進製造業の重要な柱として、レーザー加工は産業応用範囲を絶えず拡大しています。現在、レーザー加工は、レーザーアーク複合溶接、レーザー超高速マイクロ加工、レーザーインテリジェントモニタリングシステムなど、高出力、高精度、多工程統合の方向へと発展しています。今後、高出力半導体レーザー、インテリジェント制御システム、グリーン製造コンセプトの継続的な進歩に伴い、レーザー加工はインテリジェント製造、パーソナライズ製品、極限材料加工の分野で引き続き重要な役割を果たしていくでしょう。